一种燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，该方法具体步骤包括：1：根据锅炉运行设计规程，建立主要设备结构参数数据库，并从厂级监控信息系统的实时数据库中读取相关实时数据；2：根据工质物性参数库和烟气物性参数库，结合现场厂级监控信息系统服务器信息，实时计算给定时刻下汽水侧工质及风烟侧烟气的物性参数；3：由换热器工质质量及能量动态衡算模型和排烟热损失模型求得炉膛出口烟气的能量Qyq。4：建立理想气体焓计算模型，实时确定炉膛出口烟气平均温度Tyq。炉膛出口烟气平均温度是燃烧状况的重要表征，可用于燃烧状态监控、低氮燃烧优化控制，它还可用于入炉煤热值的在线辨识和锅炉效率等的在线估计。
【专利说明】一种燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃煤电站炉膛出口高温烟气平均温度的检测方法，具体地说，是一种基于汽水测工质质量和能量动态衡算的高温烟气平均温度的实时检测方法，属于火力发电控制领域。
【背景技术】
[0002]燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的主要测量方法是直接在对应位置安装测温元件(一般为热电偶温度传感器)，测点信号经过数模转换成为数字信号，经由厂级监控信息系统服务器上传至监控界面。
[0003]然而，炉膛出口的烟气流场复杂，同一截面位置的温度存在不均匀分布，所以数量有限(一般为一到两支)的热电偶测得的温度并不能准确反应该处的烟气的平均温度，导致测得的温度缺乏代表性；另一方面，炉膛出口位置处烟气中包含的固体颗粒浓度高，高温烟气流速快，对热电偶护套的冲蚀严重，使热电偶或其它接触式测温元件的使用寿命大幅下降，故国内大部分亚临界放弃了炉膛出口测量元件的安装，造成信息缺失，对燃烧状态监控十分不利。
[0004]对现有技术的检索发现，中国专利申请号201110107881.3，
【公开日】2011_11_23，
涉及了一种锅炉炉膛出口烟气温度的测量方法，该方法将炉膛出口烟气经过烟道内各级换热器时减少的能量折算为换热器内工质的焓增，再与尾烟气能量相加，获得炉膛出口烟气的初始能量，进而利用固定的能量与温度关系公式计算烟气温度。但是该方法假定关键工质物性参数(密度，焓值等)和主要设备的结构参数(管径，管长和排列方式等)为已知且恒定，不适用于负荷变化频繁的燃煤电站(工质物性参数事实上是随负荷而改变的)，也不适用于换热设备结构各异和不同功率的机组。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了 一种基于汽水侧工质质量和能量动态衡算的炉膛出口烟气平均温度实时检测方法。该方法基于工质物性参数数据库和主要设备结构参数数据库，根据工质相态和对象设备具体结构结合汽水侧工质的实时运行工况信息，获得动态变化的工质物性参数；再利用汽水侧工质质量和能量动态衡算的方法，对烟道中换热器吸热量和烟气尾气能量进行实时计算，进而反推出炉膛出口烟气携带的能量；最后建立气体焓的计算模型，结合烟气携带的能量，实时计算炉膛出口烟气平均温度。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]所述炉膛出口烟气平均温度实时检测方法的具体操作步骤如下:
[0008]步骤1:根据锅炉运行设计规程，建立主要设备结构参数数据库，所述参数数据库包含:换热器管道沿工质流动方向的总长度L，将总长度L分为n段等长的短管；换热器沿工质流动方向的换热管截面积分布A(i);换热器金属壁质量Mjinshu，换热器金属壁比热Cjinshu ;并从厂级监控信息系统的实时数据库读取给定时刻k下的汽包压力Pqb、主蒸汽流量Dzzq、热再热蒸汽流量1)^、省煤器出口给水流量Dgs、各级换热器各段短管工质温度Tgz (i)和压力Pgz(i)、换热器金属壁温度Tjisnhu、烟道出口引风机处的排烟温度Tpy和排烟的体积流量Vpy,未设置测点处的工质温度和压力由两端测点处的温度和压力线性计算获得；
[0009]步骤2:根据可覆盖全操作工况的工质物性参数数据库，结合现场厂级监控信息系统服务器上传的工质状态参数即温度压力，实时计算该给定时刻下汽包出口饱和蒸汽密度Pbh和焓值Hbh、各级换热器各处的工质密度Pgz(i)和焓值Hgz (i)，另由烟气物性参数库求出该给定时刻下烟气尾气的焓值Hpy和密度P py ；
[0010]步骤3:由换热器工质质量及能量衡算模型求得换热器通过热交换获得能量Qto，由能量守恒原理可得:换热器通过热交换获得的能量等于炉膛出口烟气在热交换中损失的能量；由排烟热损失模型，求得最终由烟气尾气带走的排烟能量损失Qpy;炉膛出口烟气在热交换中损失的能量与排烟热损失相加，即为炉膛出口烟气的能量Qyq。 [0011]步骤4:建立理想气体焓计算模型，结合步骤3中的炉膛出口烟气的能量Q?，实时确定炉膛出口烟气平均温度Tyq。
[0012]优选地，以所述给定时刻h为计时起点，At为计算步长，使用烟气能量实时检测
方法，按时间先后次序，分别确定t=!^、t=t0+A t> t=t0+2 A t>......、t=t0+n A t时刻下相应
的炉膛出口烟气平均温度值Tpy (k)、Tpy (k+ A t)、Tpy (k+2 At)、……、Tpy (k+n A t)，并获得炉膛出口烟气平均温度Tyq随时间变化的曲线。
[0013]优选地，步骤2中:
[0014]所述焓值Hbh由当前时刻k下汽包压力Pqb计算获得；
[0015]所述焓值Hgz(i)由当前时刻k下各段工质温度温度Tgz⑴和压力Pgz(i)计算获得;
[0016]所述当前时刻k下烟气尾气的密度P py由给定时刻k下烟气尾气温度Tpy、外界大气压力和烟气组成成分计算获得。
[0017]优选地，步骤3中，所述换热器工质质量及能量衡算模型具体为:
[0018]
【权利要求】
1.一种燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征在于，包括步骤如下: 步骤1:根据锅炉运行设计规程，建立主要设备结构参数数据库，所述参数数据库包含:换热器管道沿工质流动方向的总长度L，将总长度L分为n段等长的短管；换热器沿工质流动方向的换热管截面积分布A(i);换热器金属壁质量Mjinshu,换热器金属壁比热Cjinshu ；并从厂级监控信息系统的实时数据库读取给定时刻k下的汽包压力Pqb、主蒸汽流量Dzzq、热再热蒸汽流量Dra、省煤器出口给水流量Dgs、各级换热器各段短管工质温度Tgz(i)和压力Pgz (i)、换热器金属壁温度Tjisnhu、烟道出口引风机处的排烟温度Tpy和排烟的体积流量Vpy，未设置测点处的工质温度和压力由两端测点处的温度和压力线性计算获得； 步骤2:根据可覆盖全操作工况的工质物性参数数据库，结合现场厂级监控信息系统服务器上传的工质状态参数即温度压力，实时计算该给定时刻下汽包出口饱和蒸汽密度Pbh和焓值Hbh、各级换热器各处的工质密度Pgz(i)和焓值Hgz(i)，另由烟气物性参数库求出该给定时刻下烟气尾气的焓值Hpy和密度P py ； 步骤3:由换热器工质质量及能量衡算模型求得换热器通过热交换获得能量Qto，由能量守恒原理可得:换热器通过热交换获得的能量等于炉膛出口烟气在热交换中损失的能量；由排烟热损失模型，求得最终由烟气尾气带走的排烟能量损失Qpy ;炉膛出口烟气在热交换中损失的能量与排烟热损失相加，即为炉膛出口烟气的能量Qyq ； 步骤4:建立理想气体焓计算模型，结合步骤3中的炉膛出口烟气的能量Qyq,实时确定炉膛出口烟气平均温度T?。
2.根据权利要 求1所述的燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征在于，以所述给定时刻h为计时起点，At为计算步长，使用烟气能量实时检测方法，按时间先后次序，分别测量A It=V^ A t、......U=V^nAt时刻下相应的炉膛出口烟气能量值 Tyq(tQ)、Tyq(tQ+At)、Tyq(tQ+2At)、……、Tyq (tQ+n At)，获得炉膛出口烟气能量 Tyq随时间变化的曲线。
3.根据权利要求1所述的燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征在于，步骤2中: 所述焓值Hbh由当前时刻k下汽包压力Pqb计算获得； 所述焓值Hgz⑴由当前时刻k下各段工质温度温度Tgz (i)和压力Pgz⑴计算获得； 所述当前时刻k下烟气尾气的密度Ppy由当前时刻k下烟气尾气温度Tpy、外界大气压力和烟气组成成分计算获得。
4.根据权利要求1所述的燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征在于，步骤3中，所述换热器工质质量及能量衡算模型具体为:
5.根据权利要求1所述的燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征在于，步骤3中，所述排烟热损失模型具体为:
Qpy=Cpy * Vpy ? Ppy ? (Tpy+273.15) 式中: Cpy为排烟比热，由烟气物性参数库提供；P py为排烟密度，由烟气物性参数库提供； Vpy为排烟体积流量； Tpy为排烟温度； Qpy为烟气尾气带走的排烟能量损失。
6.根据权利要求1所述的燃煤电站炉膛出口烟气平均温度的实时检测方法，其特征是，所述理想气体焓计算模型为:
【文档编号】G06F19/00GK103699790SQ201310697711
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】郭士义, 于彤, 袁景淇, 徐亮, 胡斌, 李林涛, 潘玉霖, 曾豪骏, 成宝琨, 王景成 申请人:上海交通大学, 上海电气电站环保工程有限公司